Wassertropfen, die auf dem Ölfilm „laufen“, das ist keine Science-Fiction! Das Geheimnis des „Tanzens“ von Wassertropfen

Autor: Duan Yuechu

Wassertropfen tanzen auf einem dünnen Ölfilm? Das mag wie eine Szene aus einem Science-Fiction-Film klingen, aber Wissenschaftler haben dieses erstaunliche Phänomen tatsächlich im Labor beobachtet. Die Forschung wurde von Professor Dan Daniel und Kollegen an der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien durchgeführt. Sie fanden heraus, dass Wassertropfen, die auf einem dünnen Ölfilm kondensieren, der mit einem Muster aus Säulen im Mikrometerbereich beschichtet ist, eine überraschende kollektive Bewegung aufweisen.

Die Schritte dieses Experiments sind sehr einfach. Die Forscher beschichteten zunächst eine Siliziumoberfläche mit einem dünnen Ölfilm und strukturierten diese mit mikrometergroßen Säulen. Anschließend kühlten sie den Film auf 4 Grad Celsius ab. Bald darauf begannen Wassertropfen auf der Folie zu kondensieren und kamen allmählich näher. Nach etwa 25 Minuten begannen die größten Tropfen zu tanzen, wobei sie sich wie eine Schlange in einer Reihe von sich selbst ausweichenden, gewundenen Bewegungen bewegten und dann im Kreis kreisten. Diese Bewegung wechselte etwa vier Stunden lang zwischen Schlangenlinien- und Kreisbewegungen, bis der Tropfen aufhörte zu schlagen.

Was ist das Prinzip hinter diesem Phänomen? Daniel und seine Kollegen berechneten, dass die Energie, die durch die kontinuierliche Verschmelzung großer Tröpfchen mit viel kleineren Tröpfchen freigesetzt wird, ausreicht, um diese Bewegung anzutreiben. Darüber hinaus führt die durch die tanzenden Öltröpfchen verursachte Umverteilung des Öls zu einem Wechsel zwischen Serpentinen- und Kreisdynamik.

In welchen Bereichen könnte diese Forschung Anwendung finden? Erstens hat dieses Phänomen wichtige Anwendungen bei der Wärmeübertragung und Wassersammlung. Darüber hinaus bietet uns diese Art der Forschung einen Einblick in aktive Materialsysteme in der Natur. In der Natur gibt es viele ähnliche Systeme, von Bakteriengruppen bis hin zu Vogelschwärmen. Diese Systeme verfügen über Komponenten, die Energie verbrauchen, um sich zu bewegen oder Kraft auszuüben. Im Labor erfordert die Erzeugung eines solchen aktiven Materiesystems normalerweise einen komplexen Aufbau und Komponenten, die Licht, biochemische Energie oder chemische Energie in Bewegung umwandeln können. Diese Forschung liefert uns ein einfaches physikalisches System, das uns bei der weiteren Erforschung und Untersuchung aktiver Materialsysteme helfen kann.

Durch diese Forschung können wir erkennen, dass es in der Natur überall wunderbare Phänomene gibt, solange wir sie mit unserem Herzen entdecken und erforschen. Gleichzeitig zeigt dies auch den unermüdlichen Geist der Wissenschaftler, nach der Wahrheit zu streben und die Geheimnisse der Natur aufzudecken. Ich bin überzeugt, dass diese Forschung in Zukunft in vielen Bereichen Anwendung finden und der Menschheit noch mehr Überraschungen bescheren wird.

Quellen:

Physik – Tröpfchen tanzen, nachdem sie verschmelzen https://physics.aps.org/articles/v17/s15